KR0157365B1 - 실리콘 단결정 성장노내의 가스 흐름을 원활하게 하기 위한 방법 및 이를 실현하기 위한 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 노에서 발생하는 이산화탄소 또는 산화규소 가스를 불활성 가스를 주입하여 외부로 효율적으로 배출하기 위한 장치를 제공하기 위한 것이다. 이를 위하여, 본 발명은 실리콘을 용해하며, 지주(6)로 하우징(7)내에 지탱되어지는, 흑연 도가니노(1) ; 도가니노 외부에 일정한 간격을 갖고 노의 외부를 둘러싸고 있는 흑연 발열체(2) ; 흑연 도가니노에서 용융된 실리콘의 결정 성장을 위하여 도가니노 상부에 배열된 실리콘 시드(3) ; 도가니노 및 실리콘 시드의 공간을 외부에 대하여 밀폐의 구조로 유지하기 위하여 도가니노와 실리콘 시드를 내부에 포함하며, 내부 공간에는 그 상부에서 흑연 도가니노를 향하여 경사지게 뻗혀진 가스 가이드 판(5)이 형성된, 덮개(4) ; 도가니노, 흑연 발열체, 및 지주를 내부에 포함하며, 덮개와 결합하여 덮개의 하부 구조를 이루는 하우징(7) ; 으로 구성되는 실리콘 단결정 성장노에 있어서, 덮개(4)의 벽(41)과 가스 가이드 판(5)으로 형성되는 공간의 상부 공간부가 형성되는 덮개의 벽에 가스 배출구(8)를 형성하고, 이 가스 배출구(8)는 하우징(7)의 외벽을 따라 형성된 배기 파이프(9)와 결합되어 덮개의 상부에는 공급된 불활성 가스의 흐름이 흑연 도가니노(1)의 상부를 거쳐 가스 가이드판(5)과 덮개의 벽(41)의 사이공간을 통과하여, 배출구(8)와 배기 파이프(9)로 노의 외부로 이어지게 하도록 하는 것을 제공한다.

Description

실리콘 단결정 성장노내의 가스 흐름을 원활하게 하기 위한 방법 및 이를 실현하기 위한 장치

제1도는 실리콘 단결정 성장노의 개략적인 구성을 나타낸 단면도.

제2도는 본 발명에 따른 구조를 갖는 실리콘 단결정 성장노의 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 흑연 도가니노 2 : 흑연 발열체

3 : 실리콘 시드 4 : 덮개

5 : 가스 가이드 판 6 : 지주(Pedestal)

7 : 하우징

[산업상 이용분야]

본 발명은 실리콘 단결정 성장노에서 발생된 유해 가스를 노 밖으로 효율적으로 배출하기 위한 장치에 관한 것이다.

[종래 기술]

실리콘 단결정 성장 방법으로 가장 일반적으로 이용되고 있는 초크랄스크(Czochralski)법은 석영 도가니내의 액상 실리콘에 종자 결정을 담가 실리콘 단결정 봉(rod)을 유도, 성장시키는 것인데, 이 방법이 적용되는 장치를 단결정 성장노(growing funance)라고 한다. 석영 도가니내에 실리콘을 액상으로 만들고 유지하기 위하여 흑연 발열체(graphite heating system)를 이용한 고온 복사열을 이용하고 있다. 단결정 성장노는 스테인레스 철로 제작된 몸체와 흑연 발열체로 구성되어 잇고, 이 흑연 발열체를 이루고 있는 모든 흑연 부품들을 흑연 핫 존 부위(graphite hot zone parts)라고 한다. 또한, 성장노내의 가스의 배출을 원활하게 하고 고온의 흑연이 산화되는 것을 방지하기 위하여 단결정 성장노는 진공으로 유지된다.

석영 도가니는 이산화 규소로 형성되어 있다. 이로 인해 단결정 성장 도중 다음의 반응식과 같이 이산화 규소와 액상 실리콘이 반응하여 기상의 산화규소가 발생한다.

Si(₁) + SiO_2(s)→ 2 SiO_(g)

산화 규소 기체는 증발 후 단 결정 주위의 저온 부위에 응결하여 부착되어 있다가 결정 성장 도중의 액상 실리콘으로 유입되어 단결정 구조를 잃게 하는 원인이 된다. 또한, 히터등과 같은 고온 부위의 핫존 부위들과 SiO₂가스의 일부는 다음과 같이 반응하여 탄화 규소와 일산화탄소를 생성시킨다.

SiO_(g)+ 2C → SiC_(s)+ CO_(g)

상기한 반응이 진행됨에 따라 성장노의 그라파이트 핫 존을 이루는 흑연 발열체의 표면과 내부의 일부면이 SiC로 변하게 되며, 이에 의하여 성장노의 그라파이트 핫존의 열 전도성과 전기 전도성이 일정하지 않게 된다.

이에 의하여 성장노 내의 온도 분포가 변화되게 된다. 성장노에서의 온도 분포의 안정성은 결정 성장에 매우 중요하다. 이 때문에 성장노에서의 온도 분포의 불안성성은 결정 성장에 악영향을 끼친다.

또, CO 기체는 액상 실리콘에 즉시 흡수되어서 결정의 품질을 저하시키는 원인이 되므로 발생즉시 제거되어야 한다.

이를 위하여, 성장노에 화학적으로 불활성 가스인 아르곤 가스르 주입하여 SiO와 CO를 노 밖으로 배출하도록 하는 방법이 개발되어 사용되어 지고 있다.

이의 방법을 수행하기 위하여, 성장노의 구조를 제1도에서와 같이, 실리콘을 용해하며, 지주(6)로 하우징(7)내에 지탱되어지는, 흑연 도가니노(1) ; 도가니노 외부에 일정한 간격을 갖고 노의 외부를 둘러싸고 있는 흑연 발열체(2) ; 흑연 도가니노에서 용융된 실리콘의 결정 성장을 위하여 도가니노 상부에 배열된 실리콘 시드(3) ; 도가니노 및 실리콘 시드의 공간을 외부에 대하여 밀폐의 구조로 유지하기 위하여 도가니노와 실리콘 시드를 내부에 포함하며, 내부 공간에는 그 상부에서 흑연 도가니노를 향하여 경사지게 뻗혀진 가스 가이드 판(5)이 형성된, 덮개(4) ; 도가니노, 흑연 발열체, 및 지주를 내부에 포함하며, 덮개와 결합하여 덮개의 하부 구조를 이루는 하우징(7)으로 하여, 덮개(4)의 상부에서 유입된 불활성 가스는 도가니노(1)의 상부를 거쳐 도가니노 벽을 넘어 도가니노(1)와 발열체(2) 사이의 공간을 거쳐 지주(6)와 하우징(7) 사이의 공간을 거쳐 하우징 하부에 나 있는 배출 구멍으로 빠져나간다. 이 때, 형성되어 있는 가이드 판은 주입된 가스가 상부로 흐르지 않고 하우징의 하부로 흐를 수 있도록 가이드 역할을 하여 준다.

그러나, 이러한 구조로 되어진 대부분의 단결정 성장노는 아르곤 가스의 흐름이 히터 등 주요 핫 존을 지나가기 때문에 앞서 살펴본 원하지 않는 반응들을 피할 수 없게 된다.

[본 발명이 해결하려 하는 과제]

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 아르곤 가스의 흐름을 근본적으로 조절하여 원치 않는 반응을 최대한 피할 수 있는 장치를 제공하려는 목적을 갖는다.

[과제를 해결하기 위한 수단]

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 실리콘을 용해하며, 지주(6)로 하우징(7)내에 지탱되어지며, 내부에 석영도가니(11)을 장착한, 흑연 도가니노(1) ; 도가니노 외부에 일정한 간격을 갖고 노의 외부를 둘러싸고 있는 흑연 발열체(2) ; 흑연 도가니노에서 용융된 실리콘의 결정 성장을 위하여 도가니노 상부에 배열된 실리콘 시드(3) ; 도가니노 및 실리콘 시드의 공간을 외부에 대하여 밀폐의 구조로 유지하기 위하여 도가니노와 실리콘 시드를 내부에 포함하며, 내부 공간에는 그 상부에서 흑연 도가니노를 항하여 경사지게 뻗혀진 가스 가이드 판(5)이 형성된, 덮개(4) ; 도가니노, 흑연 발열체, 및 지주를 내부에 포함하며, 덮개와 결합하여 덮개의 하부 구조를 이루는 하우징(7) ; 으로 구성되는 실리콘 단결정 성장노에 있어서, 덮개(4)의 벽(41)과 가스 가이드 판(5)으로 형성되는 공간의 상부 공간부가 형성되는 덮개의 벽에 가스 배출구(8)를 형성하고, 이 가스 배출구(8)는 하우징(7)의 외벽에 따라 형성된 배기 파이프(9)와 결합되어 덮개의 상부에서 공급된 불활성 가스의 흐름이 흑연 도가니노(1)의 상부를 거쳐 가스 가이드판(5)과 덮개의 벽(41)의 사이공간을 통과하여, 배출구(8)와 배기 파이프(9)로 노의 외부로 이어지게 하도록 하는 것을 제공한다.

덮개의 벽에 형성된 배출구(8)의 수는 노의 크기에 따라 다르나 2개에서 8개 정도로 한다. 바람직하게는 4개 정도가 좋다. 또한, 배기 파이프(9)는 흑연 튜브로 형성한다. 배출구(8)는 하나의 구멍으로 할 수도 있고, 2개 이상의 다공의 구조로 할 수 있다. 바람직하게는 한 곳의 배출구는 1개의 큰 구멍으로 하는 것보다는 2개 내지 3개의 작은 구멍으로 하는 것이 좋다.

이는 노안의 가스의 흐름에 급격한 변화를 줄일 수 있고, 또한, 이에 의하여 노의 온도의 안정화를 꾀하기 위함이다. 본 발명에 다른 노의 구조는 제2로 보다 쉽게 이해할 수 있다. 제2는 본 발명에 따른 실리콘 성장노의 일실시예의 단면도로서, 실리콘을 용해하는 석영도가니노(11)을 내부에 장착하며, 지주(6)로 하우징(7)내에 지탱되어지는, 흑연 도가니노(1) ; 도가니노 외부에 일정한 간격을 갖고 노의 외부를 둘러싸고 있는 흑연 발열체(2) ; 흑연 도가니노에서 용융된 실리콘의 결정 성장을 위하여 도가니노 상부에 배열된 실리콘 시드(3) ; 도가니노 및 실리콘 시드의 공간을 외부에 대하여 밀폐의 구조로 유지하기 위하여 도가니노와 실리콘 시드를 내부에 포함하며, 내부 공간에는 그 상부에서 흑연 도가니노를 향하여 경사지게 뻗혀진 가스 가이드 판(5)이 형성된, 덮개(4) ; 도가니노, 흑연 발열체, 및 지주를 내부에 포함하며, 덮개와 결합하여 덮개의 하부 구조를 이루는 하우징(7); 으로 크게 이루어져 있으며, 덮개(4)의 벽(41)과 가스 가이드 판(5)으로 형성되는 공간의 상부 공간부가 형성되는 덮개의 벽에 가스 배출구(8)를 형성하고, 이 가스 배출구(8)는 하우징(7)의 외벽을 따라 형성된 배기 파이프(9)와 결합되어 덮개의 상부에서 공급된 불활성 가스의 흐름이 흑연 도가니노(1)의 상부를 거쳐 가스 가이드 판(5)과 덮개의 벽(41)의 사이 공간을 통과하여, 배출구(8)와 배기 파이프(9)로 노의 외부로 이어지게 된다.

[효 과]

상기와 같은 구조를 본 발명에 따른 실리콘 성장노는 다음과 같은 특징적인 장점을 갖는다.

1. 아르곤 가스 흐름이 밑으로 흐르는 것을 방지함으로써 SiO 가스와 흑연이 반응하는 것을 막아주며,

2. 히터가 반응을 일으켜 손상되는 것을 방지함으로써 열적 안정성을 보장하게 되고 따라서 단결성 성장의 수율을 향상시킨다.

3. 주요 핫 존의 수명이 연장됨으로써 고가의 핫 존에 대한 원가 절감 효과가 크게 증대되며,

4. 주요 핫 존위에 SiO 가스가 고화 증착되지 않음으로써 크리닝에 소모되던 시간을 단축함으로써 생산성을 향상시키고 작업자의 부담을 덜어 준다.

Claims (6)

1. 실리콘을 용해하며, 지주(6)로 하우징(7)내에 지탱되어지는, 흑연 도가니노(1) ; 도가니노 외부에 일정한 간격을 갖고 노의 외부를 둘러싸고 있는 흑연 발열체(2) ; 흑연 도가니노에서 용융된 실리콘의 결정 성장을 위하여 도가니노 상부에 배열된 실리콘 시드(3) ; 도가니노 및 실리콘 시드의 공간을 외부에 대하여 밀폐의 구조로 유지하기 위하여 도가니노와 실리콘 시드를 내부에 포함하며, 내부 공간에는 그 상부에서 흑연 도가니노를 향하여 경사지게 뻗혀진 가스 가이드 판(5)이 형성된, 덮개(4) ; 도가니노, 흑연 발열체, 및 지주를 내부에 포함하며, 덮개와 결합하여 덮개의 하부 구조를 이루는 하우징(7) ; 으로 구성되는 실리콘 단결정 성장노에 있어서, 덮개(4)의 벽(41)과 가스 가이드 판(5)으로 형성되는 공간의 상부 공간부가 형성되는 덮개의 벽에 가스 배출구(8)을 형성하고, 이 가스 배출구(8)는 하우징(7)의 외벽을 따라 형성된 배기 파이프(9)와 결합되어 덮개의 상부에서 공급된 불활성 가스의 흐름이 흑연 도가니노(1)의 상부를 거쳐 가스 가이드판(5)과 덮개의 벽(41)의 사이공간을 통과하여, 배출구(8)와 배기 파이프(9)로 노의 외부로 이어지게 하도록 하는, 실리콘 단결정 성장노.
2. 제1항에 있어서, 덮개의 벽에 형성된 배출구(8)의 수는 2개에서 8개 정도로 하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 성장노.
3. 제2항에 있어서, 덮개의 벽에 형성도니 배출구(8)의 수는 4개로 하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 성장노.
4. 제1항에 있어서, 한곳의 배출구(8)는 하나의 구멍으로 하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 성장노.
5. 제1항에 있어서, 한곳의 배출구(8)는 2개 이상의 다공의 구조로 구성함을 특징으로 하는 실리콘 단결정 성장노.
6. 제5항에 있어서, 한곳의 배출구(8)는 2내지 3개의 작은 구멍으로 하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 성장노.